鼓式制动器设计

一《车辆工程专业课程设计》设计任务书一．设计任务：商用汽车制动系统设计二．基本参数：P285三．设计内容主要进行制动器系统设计，设计的内容包括：1．查阅资料、调查研究、制定设计原则2．根据给定的设计参数(发动机功率？，汽车轴距，车轮滚动半径，汽车空(满)载时的总质量、轴荷分布、质心位置)，选择制动器的基本结构及驱动机构布置方案，设计出一套完整的制动系统，设计过程中要进行必要的计算。

3．制动系统结构设计和主要技术参数的确定（1）制动器主要参数确定（2）制动器设计计算（3）制动器主要结构元件设计（4）制动驱动机构的设计计算4．绘制制动器装配图及主要零部件的零件图四．设计要求1．制动器总成（前或后）的装配图，1号图纸一张。

装配图要求表达清楚各部件之间的装配关系，标注出总体尺寸，配合关系及其它需要标注的尺寸，在技术要求部分应写出总成的调整方法和装配要求。

2．主要零部件的零件图，3号图纸4张。

要求零件形状表达清楚、尺寸标注完整，有必要的尺寸公差和形位公差。

在技术要求应标明对零件毛胚的要求，材料的热处理方法、标明处理方法及其它特殊要求。

3．编写设计说明书。

五．设计进度与时间安排本课程设计为3周１．明确任务，分析有关原始资料，复习有关讲课内容及熟悉参考资料0.5周。

２．设计计算 1.0周３．绘图 1.0周４．编写说明书、答辩0.5周六、主要参考文献1．成大先机械设计手册（第三版）2．汽车工程手册机械工业出版社3．陈家瑞汽车构造（下册）人民交通出版社4．王望予汽车设计机械工业出版社5．余志生汽车理论机械工业出版社6．王丰元汽车设计课程设计指导书中国电力出版社七．注意事项（1）为保证设计进度及质量，设计方案的确定、设计计算的结果等必须取得指导教师的认可，尤其在绘制总布置图前，设计方案应由指导教师审阅。

图面要清晰干净；尺寸标注正确。

（2）编写设计说明书时，必须条理清楚，语言通达，图表、公式及其标注要清晰明确，对重点部分，应有分析论证，要能反应出学生独立工作和解决问题的能力。

（3）独立完成图纸的设计和设计说明书的编写，若发现抄袭或雷同按不及格处理。

注意：此任务书要妥善保管，最后要装订在设计说明书的第一页，如有丢失，后果自负。

二.制动系统设计制动系是汽车的一个重要的组成部分。

它直接影响汽车的行驶安全性。

为了保证汽车有良好的制动效能，应该合理地确定汽车的制动性能及制动系结构。

1.制动动力学1.1 稳定状态下的加速和制动加速力和制动力通过轮胎和地表的接触面从车辆传送到路面。

惯性力作用于车辆的重心，引起一阵颠簸。

在这个过程中当刹车时，前后轮的负载各自增加或减少；而当加速时，情况正好相反。

制动和加速的过程只能通过纵向的加速度a x 加以区分。

下面，我们先来分析一辆双轴汽车的制动过程。

最终产生结果的前后轮负载ZVF '和ZhF '，在制动过程中，图1.1随着静止平衡和制动减速的条件而变为：()l h ma l l l mg F x V ZV--=' （1.1a ）l h ma l l mg F x V Zh+=' （1.1b ）设作用于前后轴的摩擦系数分别为f V 和f h ,那么制动力为：V ZVXV f F F '= （1.2a ） h Zh Xhf F F '=' （1.2b ）图1.1双轴汽车的刹车过程它们的总和便是作用于车辆上的减速力。

x Xh XV ma F F =+ （1.3）对于制动过程，f V 和f h 是负的。

一般情况下，前后轴的摩擦系数是相等的。

这种相等使 f V ＝f h ＝a x /g ，理想的制动力分配是：[()]/()XV x v x F ma g l l a h gl =-+ （1.4）[]/()Xh x v x F ma gl a h gl =- （1.5）这是一个抛物线F xh (F xv )和参数a x 的参数表现。

当然，每一个负载状态都有它各自的理想制动力分配。

如果所有负载状态都必须由一个固定的分配去应对，那么最重要的条件往往就是满载的情况。

虽然，固定的分配在更多负载时无法实现最优化的制动力分配，1.2、制动系统设计与匹配的总布置设计硬点或输入参数新车型总体设计时能够基本估算如下基本设计参数, 这些参数作为制动系统的匹配和优化设计的输入参数.1.3、理想的前、后制动器制动力分配曲线 1.3.1 基本理论(1) 地面对前、后车轮的法向反作用力在分析前、后轮制动器制动力分配比例以前，首先了解地面作用于前、后车轮的法向反作用力。

图1.3.1由图1.3.1，对后轮接地点取力矩得g z h dtdum Gb L F +=1式中：1z F ——地面对前轮的法向反作用力；G——汽车重力； b ——汽车质心至后轴中心线的距离； m ——汽车质量；g h——汽车质心高度； dtdu——汽车减速度。

对前轮接地点取力矩，得g z h dtdu mGa L F -=2 式中 2z F ——地面对后轮的法向反作用力；a ——汽车质心至前轴中心线的距离。

则可求得地面法向反作用力为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=dt du g h b L G F g z 1 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=dt du g h a L G F g z 2（1.3.1）(2) 前、后制动器制动力分配曲线在任何附着系数的路面上，前、后车轮同时抱死的条件是：前、后轮制动器制动力之和等于附着力；并且前、后轮制动器制动力分别等于各自的附着力，即：G F F ϕμμ=+21 111B z F F F μφ==222B z F F F μφ== 消去变量ϕ，得)]2(4[21112μμμF h Gb F G hgL b h G F g g +-+= （1.3.2） 这就是理想的前、后轮制动器制动力分配公式，由这条公式画出来的曲线叫I 曲线。

1.4、前、后轮制动器制动力矩的确定 1.4.1确定车的制动器制动力矩(1) 基本原理设φ=0.8时，前后轮同时抱死，此时前轮制动力与总制动力之比为汽车制动器制动力分配系数 ，=0.51 同步附着系数φ0同步附着系数的计算公式是 Φ0=（L β－L2）／Hg解得Φ=0.8即同步附着系数为0.8（四）制动强度和附着系数利用率1.制动强度q汽车制动时汽车总的地面制动力Fb 应该等于汽车质量和制动减速度的乘积Fb=m*(du/dt)=Gq2.附着系数利用率εε=Fb/Gq=q/φ3.汽车在不同φ值的路面上制动时的制动强度和附着系数利用率由于同步附着系数0.8为较高值，通常情况下路面的φ值会小于0.8，同时考虑到车速较快满载质量较大等因素，将制动强度定为q=0.8。

因此校核时按照Fb=GL1φ/[L1+(0.8-φ)Hg]q=L1φ/[L1+（φ-0.8）Hgε=L1/[L1-（φ-0.8）Hg]为保证汽车制动时的方向稳定性和有足够的附着系数利用率，《联合国欧洲经济委员会汽车制动法规》规定，在车轮尚未抱死的情况下，在0.2≤φ≤0.8时，必须满足q≥0.1+0.85(φ-0.2)经检验q=0.8满足要求（五）最大制动力矩为了保证汽车有良好的制动效能和稳定性，应合理地确定前、后轮制动器的制动力矩，以保证汽车有良好的制动效能和稳定性。

对于选取较大同步附着系数值的汽车，这类车辆经常行驶在良好的道路上，车速较高，后轮制动抱死失去稳定性而出现甩尾的危险性较前一类汽车大得多，因此应从保证汽车制动时的稳定性出发，来确定各轴的最大制动力矩。

当φ＞0.8时，相应的极限制动强度 q＜φ，故所需的后轴和前轴的最大制动力矩为Tf2=G/L（L1-qHg）φrTf1=[β/（1-β）]Tf2经计算Tf1=16547.07N·mTf2=15898.17N·m（六）制动器因数考虑到汽车满载质量和最高车速，采用气压驱动有支承的领从蹄式制动器，初步确认制动器因数在2.2~2.6之间根据载重汽车轮胎系列国标GB/T2977-1997 GB/T 2977-1997 确定轮辋的尺寸为：（根据载荷和轮胎的气压）前轮轮辋直径为20 英寸=508mm，轮胎的型号为8.25R20后轮轮辋直径为20英寸=508mm，轮胎的型号为8.25R20采用前后双鼓的制动形式2.1、制动器的结构参数与摩擦系数。

2.1.1 制动鼓内径D和制动鼓厚度输入力F一定时，制动鼓内径越大，制动力矩越大，且散热能力也越强。

但制动鼓内径D收到轮辋内径的限制。

制动鼓直径与轮辋的直径之比D/D r,范围为货车：D/D r =0.70—0.83所以取制动鼓直径D=4162.1.2 摩擦衬片宽度b和包角摩擦衬片宽度尺寸b的选取对摩擦衬片的使用寿命有影响。

衬片宽度尺寸取窄些，则磨损速度快，衬片寿命短；取宽些，则质量大，不易加工，不易保证与制动鼓全面接触，并且增加成本。

制动鼓内径R确定后，衬片的摩擦面积为A f=R b （2.1.1）式中：为摩擦衬片包角，rad。

制动器各蹄衬片总的摩擦面积ΣАf越大，制动时所受的单位面积的正压力和能量负荷越小，从而磨损特性越好。

根据国外统计资料分析，单个车轮鼓式制动器的衬片面积随汽车总质量增大而增大。

实验表明，摩擦衬片β=900 ~1000 时，磨损最小，制动鼓温度最低，且制动效能最高。

所以选择β=1000 。

衬片宽度b较大可以减少磨损，但太大将不易保证与制动鼓全面接触。

设计时一般按照b/D=0.16 ~0.26，。

且按照国产摩擦衬片规格来选择。

所以选择b=108mm。

2.1.3 摩擦衬片起止角β0一般将衬片布置在制动蹄外缘的中央，即令β0 =900 –β/2=400.1.5.4 制动器中心到张力F作用线的距离a在保证轮缸能够布置于制动鼓内下，应使距离a 尽可能的大，以提高制动效能。

初步设计时选a=0.8R=0.8*208mm=166.4mm。

1.5.5 制动蹄支撑点位置坐标k和c在保证2蹄支撑面不互相干涉的条件下，使得c 尽可能的大而k尽可能的小，以提高制动效能。

初步选定: c=0.8R=0.8*208mm=166.4mm。

K=30mm。

1.5.6摩擦片摩擦系数f初步选择f=0.42.2、领从蹄式制动器设计计算行车制动系的设计计算简要过程如下，根据整车参数和附着习俗计算出理想制动力矩，根据初定的制动器和驱动机构尺寸计算出实际制动力矩，制动器及驱动机构的尺寸要使实际制动力矩满足理想制动力矩的要求。

之后，要进行摩擦衬片的磨损特性计算和制动器的热容量和温升核算，如不满足要求则要修改制动器及驱动机构的尺寸重复上面步骤，知道满足要求。

2.2.1理想最大制动力和最大制动力矩的计算由（1.4.2）中Tf1=16547.07N·m2.2.2 实际制动力矩T f的计算。

根据前人计算出的制动器因数表达式球的制动力矩，即T f=BF*F*R （2.2.1）由（1.4.2）可知Tf1=16547.07N·m，所以T f =Tf1/2=8273.535Nm2.2.3 领从蹄制动器的制动器因数选择支承销式领从蹄制动器单个领从蹄的制动蹄因数BF t1为（2.2.2）单个领从蹄的制动蹄因数BF t2为（2.2.3）以上两式中：f为摩擦系数。